(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容した処理容器内に所定元素、および、ハロゲン元素またはアミノ基を含む原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを前記処理容器内をパージする効果が得られる流量で供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスを前記基板に向けて供給するとともに、前記ノズルを介して前記原料ガスと一緒に供給する不活性ガスの流量を、前記処理容器内をパージする工程において前記ノズルを介して供給する不活性ガスの流量よりも大きな一定の流量とすることで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きな流速であって、前記窒化膜の膜厚均一性を向上させるような大きさの一定の流速とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記ノズルを介して前記原料ガスと一緒に供給する不活性ガスの流量を、前記原料ガスの流量よりも大きな流量とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記ノズルを介して前記原料ガスと一緒に供給する不活性ガスの流量を、前記原料ガスの流量の１０〜３０倍とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記ノズルを介して前記原料ガスと一緒に供給する不活性ガスとして希ガスを供給する請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記所定元素含有層を形成する工程では、ＣＶＤ反応が生じる条件下で、前記処理容器内に前記原料ガスを供給する請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスが自己分解する条件下で、前記処理容器内に前記原料ガスを供給する請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記基板の温度を３５０℃以上９５０℃以下とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記基板の温度を７００℃以上９５０℃以下とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記基板の温度を７００℃以上８００℃以下とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記基板上に数原子層以下の所定元素含有層を形成する請求項１乃至９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
基板を収容した処理容器内に所定元素、および、ハロゲン元素またはアミノ基を含む原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを前記処理容器内をパージする効果が得られる流量で供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスを前記基板に向けて供給するとともに、前記ノズルを介して前記原料ガスと一緒に供給する不活性ガスの流量を、前記処理容器内をパージする工程において前記ノズルを介して供給する不活性ガスの流量よりも大きな一定の流量とすることで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きな流速であって、前記窒化膜の膜厚均一性を向上させるような大きさの一定の流速とする
ことを特徴とする基板処理方法。
【請求項１２】
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内に所定元素、および、ハロゲン元素またはアミノ基を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に不活性ガスまたは水素含有ガスを供給する不活性ガスまたは水素含有ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
基板を収容した前記処理容器内に前記原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる処理とを、
その間に前記処理容器内に前記処理容器内をパージする効果が得られる流量で不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする処理を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する処理を行い、
前記所定元素含有層を形成する処理では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスを前記基板に向けて供給するとともに、前記ノズルを介して前記原料ガスと一緒に供給する不活性ガスの流量を、前記処理容器内をパージする処理において前記ノズルを介して供給する不活性ガスの流量よりも大きな一定の流量とすることで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする処理において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きな流速であって、前記窒化膜の膜厚均一性を向上させるような大きさの一定の流速とするように、
前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記不活性ガスまたは水素含有ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上に薄膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法、基板処理方法及びその工程で好適に用いられる基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フラッシュメモリは、絶縁膜で囲まれた電子蓄積領域（浮遊ゲート）を備え、薄いトンネル酸化膜を介した電子のやり取りによって、情報の書き込みを行うと同時に、この薄い酸化膜の絶縁性を利用し長時間にわたり電子を保持し記憶を保つのが動作原理である。フラッシュメモリでは、書込み、消去時に電子やホール（正孔）がトンネル絶縁膜を通って浮遊ゲートにたまることによって情報が記憶されるが、微細化が進むに従い、トンネル絶縁膜におけるＥＯＴ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｏｘｉｄｅ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ：酸化膜換算膜厚）の薄膜化が求められている。そこで、酸化膜（ＳｉＯ２膜、以下、単にＳｉＯ膜ともいう）と比較し誘電率が高い窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜、以下、単にＳｉＮ膜ともいう）をトンネル絶縁膜として用いることも考えられるが、ＳｉＮ膜は欠陥密度が高く、その低減が求められている。欠陥として知られているダングリングボンドなどの構造欠陥は容易に水素と結合するため、膜中の水素原子が多い膜は欠陥密度の高い膜と言い換えることが出来、水素を含まない高品質なＳｉＮ膜が求められている。
【０００３】
従来、ＳｉＮ膜は、例えば７００℃〜８００℃付近の温度帯でＳｉＨ２Ｃｌ２ガスとＮＨ３ガスとを用いたＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜されているが、ＣＶＤ法で形成されたＳｉＮ膜（ＣＶＤ−ＳｉＮ膜）は欠陥密度が高いこと、ＴＤＳ（昇温脱離法）による水素の定量値で１０の２１乗オーダーの水素を含有することから、これらの改善が望まれる。
【０００４】
また、ＣＶＤ法では膜厚均一性やステップカバレッジ特性の制約により、成膜温度の高温化による水素低減は困難であり、ＣＶＤ法に変わる成膜手法が望まれている。
【０００５】
ＣＶＤ法に変わる手法として挙げられるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法では、例えばＳｉＨ２Ｃｌ２ガスとＮＨ３ガスとを用いたＡＬＤ−ＳｉＮ成膜の場合、原材料に水素を含んでおり、ＡＬＤ法が成り立つ温度領域（〜５５０℃程度）では、原材料起因の水素が膜中に残留するため、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスとＮＨ３ガスとを用いたＡＬＤ−ＳｉＮ成膜に変わる膜厚均一性やステップカバレッジ特性の良い手法が望まれている。
【０００６】
また、ＣＶＤ法で形成したＳｉＮ膜は高い応力を持つことが知られており、Ｓｉ基板上に直接成膜すると基板に欠陥が入り、リーク電流の増加や、酸化速度が速くなるといったインテグレーション的な不具合のため、ＳｉＮ膜の応力を制御することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−４５８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＳｉＮ絶縁膜を形成する場合、膜を形成する際に使用する原料中に含まれる水素（Ｈ）は、成膜温度の低温化により膜中に不純物として残る傾向にある。膜中に残留した水素はＳｉ−Ｈ結合やＮ−Ｈ結合といった形をとり、電子や正孔の授受、再結合により容易に乖
離し、電荷捕獲構造となり、欠陥密度が高くなってしまう問題があった。ＴＤＳ（昇温脱離法）によると、膜中水素は成膜温度以上、特に８００℃以上の温度で脱離が行われることから、成膜温度の高温化によって膜中水素の低減が可能であると分かるが、成膜温度の高温化に伴い、ＳｉＮ絶縁膜の膜厚均一性の悪化が顕著になり、生産に適用することが難しかった。
【０００９】
従って本発明の目的は、上記課題を解決し、高温領域において、膜中の水素濃度が極めて低く、膜厚均一性が良好な絶縁膜を形成することができる半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、
基板を収容した処理容器内にＣＶＤ反応が生じる条件下で所定元素を含む原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にＣＶＤ反応が生じる条件下で所定元素を含む原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする基板処理方法が提供される。
【００１２】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に不活性ガスまたは水素含有ガスを供給する不活性ガスまたは水素含有ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
基板を収容した前記処理容器内にＣＶＤ反応が生じる条件下で前記原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる処理とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする処理を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する処理を行い、
前記所定元素含有層を形成する処理では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする処理において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくするように、
前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記不活性ガスまたは水素含有ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高温領域において、膜中の水素濃度が極めて低く、膜厚均一性が良好な絶縁膜を形成することができる半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示す図である。
【図２】本実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。
【図３】本実施形態における成膜フローを示す図である。
【図４】本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、堆積・吸着阻害ガスとして不活性ガスを用いる例を示している。
【図５】本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、堆積・吸着阻害ガスとして水素含有ガスを用いる例を示している。
【図６】第１実施例における堆積・吸着阻害ガス（Ｎ２）の供給流量の違いによるＳｉＮ膜の膜厚のウエハ中心からの距離への依存性を示す図である。
【図７】第１実施例におけるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の堆積・吸着阻害ガス（Ｎ２）の供給流量への依存性を示す図である。
【図８】第２実施例におけるＳｉＮ膜の成膜温度とＳｉＮ膜中の水素濃度との関係を示す図である。
【図９】第２実施例におけるＳｉＮ膜の成膜温度とＳｉＮ膜の膜密度との関係を示す図である。
【図１０】シリコンの堆積またはＨＣＤガスの吸着の様子を模式的に示す図であり、（ａ）はＨＣＤガスの流速が小さい場合、（ｂ）はＨＣＤガスの流速が大きい場合をそれぞれ示している。
【図１１】第３実施例におけるＳｉＮ膜の成膜温度とウエハ面内膜厚均一性との関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明者等は、高温領域における絶縁膜の形成方法について鋭意研究を行った。その結果、大気圧未満の圧力に設定されると共に加熱された状態の処理容器内に、基板を収容した状態で、所定元素を含む原料ガスを供給し排気することで基板上に所定元素含有層を形成する工程と、大気圧未満の圧力に設定されると共に加熱された状態の処理容器内に窒素含
有ガスを供給し排気することで所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、その間に処理容器内に不活性ガスを供給し排気して処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する場合に、所定元素含有層を形成する工程において、原料ガスを基板の側方に設けられたノズルから基板に向けて供給し、その際、そのノズルと同じノズルから、原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを供給することで、基板の表面と平行方向に流れる原料ガスの流速を、パージの際に基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくすることで、高温領域において、膜中の水素濃度が極めて低く、膜厚均一性が良好な絶縁膜を形成することが可能であるとの知見を得た。
【００１６】
所定元素含有層を形成する工程は、ＣＶＤ反応が生じる条件下で行う。このとき基板上に１原子層未満から数原子層程度の所定元素含有層としての所定元素層を形成する。所定元素含有層は所定元素を含む原料ガス（以下、単に原料ガスともいう）の吸着層であってもよい。ここで、所定元素層とは、所定元素により構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできる薄膜をも含む総称である。なお、所定元素により構成される連続的な層を薄膜という場合もある。また、原料ガスの吸着層とは原料ガスのガス分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。なお、１原子層未満の層とは不連続に形成される原子層のことを意味している。原料ガスが自己分解する条件下では基板上に所定元素が堆積することで所定元素層、すなわち、所定元素の堆積層が形成される。原料ガスが自己分解しない条件下では、基板上に原料ガスが吸着することで原料ガスの吸着層が形成される。なお、基板上に原料ガスの吸着層を形成するよりも、所定元素層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ好ましい。
【００１７】
また、所定元素含有層を窒化層に変化させる工程では、大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内で窒素含有ガスを熱で活性化させるか熱分解させて窒素を含む窒化種を生成し、この窒化種により所定元素含有層を窒化して窒化層に変化させる（改質する）。すなわち、この窒化種と所定元素含有層とを反応させて、所定元素含有層を窒化層に変化させる。所定元素含有層を窒化層に変化させる工程はノンプラズマの減圧雰囲気下で行うことができる。なお、所定元素含有層を窒化層に変化させる工程では、窒素含有ガスをプラズマで活性化させて用いることもできる。
【００１８】
そして、所定元素含有層を形成する工程において、原料ガスを基板の側方に設けられたノズルから基板に向けて供給し、その際、そのノズルと同じノズルから、原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを供給することで、基板の表面と平行方向に流れる原料ガスの流速を、パージの際に基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする。このように、基板の表面と平行方向に流れる原料ガスの流速を高めることで、基板上への所定元素含有層の堆積または吸着を阻害（抑制）させつつ基板上に所定元素含有層を形成することができるようになり、所定元素含有層の堆積または吸着中心を基板のエッジ側からセンタよりに移動させることが可能となる。その結果として、高温領域において、膜厚均一性が良好な絶縁膜を形成することが可能となることが判明した。
【００１９】
本発明は、発明者等が得たかかる知見に基づいてなされたものである。以下に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面で示している。また、図２は本実施の形態で好適に用いられる縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示している。なお、本発明は、本実施形態にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式、Ｈｏｔ  Ｗａｌｌ型、Ｃｏｌｄ  Ｗａｌｌ型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。
【００２１】
図１に示されているように、処理炉２０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。なお、ヒータ２０７は、後述するようにガスを熱で活性化させる活性化機構としても機能する。
【００２２】
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の筒中空部には処理室２０１が形成されており、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
【００２３】
処理室２０１内には、第１ガス導入部としての第１ノズル２３３ａと、第２ガス導入部としての第２ノズル２３３ｂとが、反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられている。第１ノズル２３３ａ、第２ノズル２３３ｂには、第１ガス供給管２３２ａ、第２ガス供給管２３２ｂが、それぞれ接続されている。このように、反応管２０３には２本のノズル２３３ａ、２３３ｂと、２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは２種類のガスを供給することができるように構成されている。
【００２４】
第１ガス供給管２３２ａには上流方向から順に流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ、及び開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。また、第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流側には、第１不活性ガス供給管２３２ｄが接続されている。この第１不活性ガス供給管２３２ｄには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ２４１ｄ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。また、第１ガス供給管２３２ａの先端部には、上述の第１ノズル２３３ａが接続されている。第１ノズル２３３ａは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、第１ノズル２３３ａは、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方に設けられている。第１ノズル２３３ａはＬ字型のロングノズルとして構成されている。第１ノズル２３３ａの側面にはガスを供給するガス供給孔２４８ａが設けられている。ガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。このガス供給孔２４８ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００２５】
主に、第１ガス供給管２３２ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａにより第１ガス供給系が構成される。なお、第１ノズル２３３ａを第１ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第１不活性ガス供給管２３２ｄ、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより、第１不活性ガス供給系が構成される。第１不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。
【００２６】
第２ガス供給管２３２ｂには上流方向から順に流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ｂ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。また、第２ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂよりも下流側には、第２不活性ガス供給管２３２ｅが接続されている。この第２不活性ガス供給管２３２ｅには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ２４１ｅ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｅが設けられている。また、第２ガス供給管２３２ｂの先端部には、上述の第２ノズル２３３ｂが接続されている。第２ノズル２３３ｂは、ガス分散空間であ
るバッファ室２３７内に設けられている。
【００２７】
バッファ室２３７は反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。すなわち、バッファ室２３７は、ウエハ配列領域の側方に設けられている。バッファ室２３７のウエハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給するガス供給孔２４８ｃが設けられている。ガス供給孔２４８ｃは反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。このガス供給孔２４８ｃは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００２８】
第２ノズル２３３ｂは、バッファ室２３７のガス供給孔２４８ｃが設けられた端部と反対側の端部に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、第２ノズル２３３ｂは、ウエハ配列領域の側方に設けられている。第２ノズル２３３ｂはＬ字型のロングノズルとして構成されている。第２ノズル２３３ｂの側面にはガスを供給するガス供給孔２４８ｂが設けられている。ガス供給孔２４８ｂはバッファ室２３７の中心を向くように開口している。このガス供給孔２４８ｂは、バッファ室２３７のガス供給孔２４８ｃと同様に、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。この複数のガス供給孔２４８ｂのそれぞれの開口面積は、バッファ室２３７内と処理室２０１内の差圧が小さい場合には、上流側（下部）から下流側（上部）まで、それぞれ同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、それぞれ開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
【００２９】
本実施形態においては、第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂのそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、まず、ガス供給孔２４８ｂのそれぞれから、流速の差はあるものの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこのガス供給孔２４８ｂのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室２３７内に導入し、バッファ室２３７内においてガスの流速差の均一化を行うこととしている。すなわち、第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂのそれぞれよりバッファ室２３７内に噴出したガスはバッファ室２３７内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室２３７のガス供給孔２４８ｃより処理室２０１内に噴出する。これにより、第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂのそれぞれよりバッファ室２３７内に噴出したガスは、バッファ室２３７のガス供給孔２４８ｃのそれぞれより処理室２０１内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。
【００３０】
主に、第２ガス供給管２３２ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより第２ガス供給系が構成される。なお、第２ノズル２３３ｂおよびバッファ室２３７を第２ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第２不活性ガス供給管２３２ｅ、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅにより第２不活性ガス供給系が構成される。第２不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。
【００３１】
第１ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料ガス、すなわち、所定元素としてのシリコン（Ｓｉ）を含む原料ガス（シリコン含有ガス）として、例えばヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤ）ガスが、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａ、第１ノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。すなわち、第１ガス供給系は原料ガス供給系（シリコン含有ガス供給系）として構成される。このとき同時に、第１不活性ガス供給管２３２ｄから、堆積・吸着阻害ガスとしての不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄを介して第１ガス供給管２３２ａ内に供給される。ここで、堆積・吸着阻害ガスとは、ウエハ２００表面上へのシリコンの堆積
またはＨＣＤガスの吸着を阻害させるためのガスのことである。第１ガス供給管２３２ａ内に供給された堆積・吸着阻害ガスとしての不活性ガスは、第１ノズル２３３ａを介してＨＣＤガスと一緒に処理室２０１内に供給される。なおこのとき、堆積・吸着阻害ガスとして、不活性ガスの代わりに水素含有ガスを第１ガス供給管２３２ａ内に供給するようにしてもよい。この場合、第１不活性ガス供給系を水素含有ガス供給系に置き換えればよい。すなわちこの場合、水素含有ガス供給系は、水素含有ガス供給管２３２ｄ、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより構成されることとなる。このように、第１不活性ガス供給系は堆積・吸着阻害ガス供給系としても構成され、水素含有ガス供給系に置き換えることも可能となっている。
【００３２】
第２ガス供給管２３２ｂからは、窒素を含むガス（窒素含有ガス）として、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスが、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、第２ノズル２３３ｂ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内に供給される。すなわち、第２ガス供給系は窒素含有ガス供給系として構成される。このとき同時に、第２不活性ガス供給管２３２ｅから、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅを介して第２ガス供給管２３２ｂ内に供給されるようにしてもよい。
【００３３】
バッファ室２３７内には、図２に示すように、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿って配設されている。第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれは、第２ノズル２３３ｂと平行に設けられている。第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれは、上部より下部にわたって各電極を保護する保護管である電極保護管２７５により覆われることで保護されている。この第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。主に、第１の棒状電極２６９、第２の棒状電極２７０、電極保護管２７５、整合器２７２、高周波電源２７３によりプラズマ発生器（プラズマ発生部）としてのプラズマ源が構成される。なお、プラズマ源は、後述するようにガスをプラズマで活性化させる活性化機構として機能する。
【００３４】
電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７内に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部には窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられている。
【００３５】
反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。なお、ＡＰＣバルブ２４４は弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能なように構成されている開閉弁である。真空ポンプ２４６を作動させつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいてＡＰＣバルブ２４４の弁の開度を調節することにより、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、圧力センサ２４５により排気系が構成される。
【００３６】
反応管２０３の下方には、反応管２０３の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は反応管２０３の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には反応管２０３の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、後述する基板保持具としてのボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５はシールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内に対して搬入・搬出することが可能なように構成されている。
【００３７】
基板支持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に支持するように構成されている。なお、ボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる断熱部材２１８が設けられており、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなるように構成されている。なお、断熱部材２１８は、石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる複数枚の断熱板と、これら断熱板を水平姿勢で多段に支持する断熱板ホルダとにより構成してもよい。
【００３８】
反応管２０３内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、第１ノズル２３３ａ及び第２ノズル２３３ｂと同様に、Ｌ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
【００３９】
制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｄ、２４１ｅ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ、２４３ｅ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、高周波電源２７３、整合器２７２等に接続されている。コントローラ１２１により、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｄ、２４１ｅによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ、２４３ｅの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉及び圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等の制御や、高周波電源２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。
【００４０】
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜としての窒化膜を成膜する方法の例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
【００４１】
図３に、本実施形態における成膜フロー図を、図４、図５に本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミング図を示す。本実施形態の成膜シーケンスでは、大気圧未満の圧力に設定されると共に加熱された状態の処理容器内に、基板を収容した状態で、所定元素としてのシリコンを含む原料ガスを供給し排気することで基板上に所定元素含有層
すなわちシリコン含有層を形成する工程と、大気圧未満の圧力に設定されると共に加熱された状態の処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで基板上に形成されたシリコン含有層を窒化層すなわちシリコン窒化層に変化させる工程とを、その間に、処理容器内に不活性ガスを供給し排気して処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚の窒化膜すなわちシリコン窒化膜を形成する。そして所定元素含有層を形成する工程では、原料ガスを基板の側方に設けられたノズルから基板に向けて供給し、その際、そのノズルと同じノズルから、原料ガスと一緒に堆積・吸着阻害ガスとして不活性ガスまたは水素含有ガスを供給することで、基板の表面と平行方向に流れる原料ガスの流速を、パージの際に基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする。
【００４２】
以下、これを具体的に説明する。なお、本実施形態では、原料ガスとしてＨＣＤガスを、窒素含有ガスとしてＮＨ３ガスを、堆積・吸着阻害ガスとしてＮ２ガスを、パージガスとしてＮ２ガスを用い、図３の成膜フロー、図４、図５の成膜シーケンスにより、基板上に絶縁膜としてシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜、以下、単にＳｉＮ膜ともいう）を形成する例について説明する。
【００４３】
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。
【００４４】
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される（圧力調整）。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）。続いて、回転機構２６７によりボート２１７が回転されることでウエハ２００が回転される。その後、後述する４つのステップを順次実行する。
【００４５】
［ステップ１］
第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａ、第１不活性ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄを開き、第１ガス供給管２３２ａにＨＣＤガス、第１不活性ガス供給管２３２ｄに堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第１不活性ガス供給管２３２ｄから流れ、マスフローコントローラ２４１ｄにより流量調整される。ＨＣＤガスは、第１ガス供給管２３２ａから流れ、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整される。流量調整されたＨＣＤガスは、流量調整されたＮ２ガスと第１ガス供給管２３２ａ内で混合されて、第１ノズル２３３ａのガス供給孔２４８ａから、加熱された減圧状態の処理室２０１内に供給され排気管２３１から排気される（ＨＣＤガス＋Ｎ２ガス供給）。
【００４６】
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、大気圧未満、例えば１０〜１０００Ｐａの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＨＣＤガスの供給流量は、例えば２０〜１０００ｓｃｃｍ（０．０２〜１ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ２４１ｄで制御する堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、ＨＣＤガスの供給流量よりも大流量とし、例えば１０００〜２００００ｓｃｃｍ（１〜２０ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。ＨＣＤガスをウエハ２００に晒す時間は、例えば１〜１２０秒間の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、上述の圧力帯において処理室２０１内でＣＶＤ反応が生じるような温度とな
るように設定する。すなわちウエハ２００の温度が、例えば３５０〜９５０℃、好ましくは７００〜９５０℃、より好ましくは７５０〜９５０℃、さらに好ましくは８００〜９５０℃の範囲内の温度となるようにヒータ２０７の温度を設定する。なお、ウエハ２００の温度が３５０℃未満となるとウエハ２００上においてＨＣＤが分解、吸着しにくくなる。また、ウエハ２００の温度が９５０℃を超えるとＣＶＤ反応が強くなり過ぎ、堆積・吸着阻害ガスの作用が十分に働かず、膜厚均一性の悪化を改善するのが困難となる。一方、ウエハ２００の温度が７００℃未満の場合、膜厚均一性は比較的良好となり、７００℃以上の高温領域において膜厚均一性の悪化が顕著となり、堆積・吸着阻害ガスを用いる本発明が特に有効となる。また、ウエハ２００の温度が８００℃未満、特に７５０℃未満の場合、膜中に取り込まれた水素が残留し易く、かつ、水素の吸着サイトの多い（欠陥の多い）低密度な膜が形成される。以上のことから、ウエハ２００の温度は３５０〜９５０℃、好ましくは７００〜９５０℃、より好ましくは７５０〜９５０℃、さらに好ましくは８００〜９５０℃とするのがよい。なお、ウエハ２００の温度を７５０〜９５０℃、さらに好ましくは８００〜９５０℃とすれば、堆積・吸着阻害ガスの作用を十分に生じさせることができ、さらに、膜中に取り込まれた水素が残留し難く（脱離し易く）なり、かつ、水素の吸着サイトの少ない（欠陥の少ない）高密度な膜を形成することが可能となる。すなわち、この温度帯においては、膜中の水素濃度が極めて低く、膜厚均一性が極めて良好な膜を形成することが可能となる。
【００４７】
上述の条件、すなわちＣＶＤ反応が生じる条件下でＨＣＤガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００（表面の下地膜）上に１原子層未満から数原子層程度のシリコン含有層としてのシリコン層（Ｓｉ層）が形成される。シリコン含有層はＨＣＤガスの吸着層であってもよい。ここでシリコン層とは、シリコンにより構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるシリコン薄膜をも含む総称である。なお、シリコンにより構成される連続的な層をシリコン薄膜という場合もある。また、ＨＣＤガスの吸着層とは、ＨＣＤガスのガス分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。なお、１原子層未満の層とは不連続に形成される原子層のことを意味している。ＨＣＤガスが自己分解する条件下では、ウエハ２００上にシリコンが堆積することでシリコン層が形成される。ＨＣＤガスが自己分解しない条件下では、ウエハ２００上にＨＣＤガスが吸着することでＨＣＤガスの吸着層が形成される。ウエハ２００上に形成されるシリコン含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ３での窒化の作用がシリコン含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ２００上に形成可能なシリコン含有層の最小値は１原子層未満である。よって、シリコン含有層の厚さは１原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。なお、ウエハ２００上にＨＣＤガスの吸着層を形成するよりも、ウエハ２００上にシリコン層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ好ましい。
【００４８】
このとき、上述のように、ＨＣＤガスを供給する第１ノズル２３３ａと同じノズルからＨＣＤガスと一緒に堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスを大流量でウエハ２００に向けて供給することで、ＨＣＤガスの流速、特にウエハ２００表面と平行方向に流れる（ウエハ２００表面を横切る）ＨＣＤガスの流速を速くする。すなわち、ＨＣＤガスのウエハ２００表面と平行方向への吹き付けを強くする。これにより、ウエハ２００上へのシリコンの堆積効率またはＨＣＤガスの吸着効率を下げ、堆積または吸着を抑制させつつウエハ２００上にシリコン含有層を形成することができるようになる。この堆積・吸着阻害ガスの作用により、図１０に示すようにシリコン含有層の堆積または吸着中心をウエハ２００のエッジ側からセンタよりに移動させることが可能となり、また、シリコン含有層の最も厚い部分と最も薄い部分との差を小さくすることができ、例えば７００℃以上の高温領域において吸着反応が崩れる領域、すなわちシリコン含有層の堆積または吸着が過剰となる領域においても、均一にシリコン含有層を形成することが可能となる。
【００４９】
なお、図１０（ａ）はウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速が小さい場合におけるシリコンの堆積またはＨＣＤガスの吸着の様子を模式的に示す図である。また、図１０（ｂ）はウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速が大きい場合におけるシリコンの堆積またはＨＣＤガスの吸着の様子を模式的に示す図である。なお、図１０における白抜き矢印は、ＨＣＤガスとＮ２ガスとの流れる方向を示しており、ウエハ２００上の白丸（○）は、ウエハ２００上に堆積したＳｉ原子またはウエハ２００上に吸着したＨＣＤガス分子を示している。また、図１０では、便宜上、ウエハ２００の左半分のみを示している。
【００５０】
図１０に示すように、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速を大きくすることにより、シリコン含有層の厚さを全体的に薄くしつつ、シリコン含有層の堆積または吸着中心をウエハ２００のエッジ側からセンタよりに移動させることが可能となる。また、シリコン含有層の最も厚い部分と最も薄い部分との差を小さくすることができ、ウエハ２００面内にわたり均一にシリコン含有層を形成することが可能となる。
【００５１】
なお、堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、上述のように１〜２０ｓｌｍの範囲内の流量とするのが好ましく、ＨＣＤガスの供給流量よりも大流量とするのが好ましい。このようにＮ２ガスの供給流量を設定し、Ｎ２ガスの体積流量を、ＨＣＤガスの体積流量よりも大流量とすることで、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速を、ＨＣＤガスを単独で流す場合よりも速くする。すなわち、ＨＣＤガスを単独で流す場合よりも強くＨＣＤガスをウエハ２００表面と平行方向に吹き付ける。また、堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、後述するステップ３において処理室２０１内に供給するＮＨ３ガスの供給流量よりも大流量とするのが好ましい。このようにＮ２ガスの供給流量を設定し、Ｎ２ガスの体積流量を、ＮＨ３ガスの体積流量よりも大流量とすることで、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速を、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＮＨ３ガスの流速よりも速くする。すなわち、ＮＨ３ガスをウエハ２００表面と平行方向に吹き付けるよりも強く、ＨＣＤガスをウエハ２００表面と平行方向に吹き付ける。さらには、堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、後述するステップ２、４において処理室２０１内に供給するパージガスとしてのＮ２ガスの供給流量よりも大流量とするのが好ましい。このように堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの供給流量を設定し、堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの体積流量を、パージガスとしてのＮ２ガスの体積流量よりも大流量とすることで、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速を、ウエハ２００表面と平行方向に流れるパージガスとしてのＮ２ガスの流速よりも速くする。すなわち、パージガスとしてのＮ２ガスをウエハ２００表面と平行方向に吹き付けるよりも強く、ＨＣＤガスをウエハ２００表面と平行方向に吹き付ける。
【００５２】
具体的には、堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの体積流量は、ＨＣＤガスの体積流量の１０〜３０倍程度であって、パージガスとしてのＮ２ガスの体積流量の５〜３０倍程度とするのが好ましい。堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの体積流量をＨＣＤガスの体積流量の１０〜３０倍程度とすることで、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速をより十分に高めることが可能となり、シリコン含有層の堆積または吸着をより十分に抑制でき、堆積または吸着中心をウエハ２００のエッジ側からセンタよりにすることが容易となる。また、シリコン含有層の最も厚い部分と最も薄い部分との差を小さくすることも容易となる。結果、膜厚均一性をより十分に改善できることとなる。また、ＨＣＤガスの流速が速くなり過ぎ、シリコン含有層の堆積または吸着を抑制し過ぎて、実用的な成膜速度が得られなくなることを防止することができる。
【００５３】
Ｓｉを含む原料としては、ＨＣＤの他、ＴＣＳ（テトラクロロシラン、ＳｉＣｌ４）、ＤＣＳ（ジクロロシラン、ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ＳｉＨ４（モノシラン）等の無機原料だけ
でなく、アミノシラン系の４ＤＭＡＳ（テトラキスジメチルアミノシラン、Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）、３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン、Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ）、２ＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン、Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリーブチルアミノシラン、ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２）などの有機原料を用いてもよい。
【００５４】
堆積・吸着阻害ガスとしての不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。また、堆積・吸着阻害ガスとしては、水素含有ガスを用いてもよい。水素含有ガスとしては、例えば水素（Ｈ２）ガスや重水素（Ｄ２）ガス等を用いることができる。図５に、堆積・吸着阻害ガスとして水素含有ガスであるＨ２ガスを用いた成膜シーケンス例を示す。堆積・吸着阻害ガスとしてのＨ２ガスの供給流量は、堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの供給流量と同様、１０００〜２００００ｓｃｃｍ（１〜２０ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。なお、例えば７５０℃以上、好ましくは８００℃以上の高温下では、膜中に取り込まれた水素は残留し難く（脱離し易く）なることから、吸着阻害ガスとして水素含有ガスを用いても、膜中の水素濃度低減効果に影響を与えることはない。この場合においても水素の吸着サイトの少ない（欠陥の少ない）高密度な膜が形成される。なお、ＨＣＤガス供給時にＨ２ガスを供給することで、ＨＣＤガス中のＣｌを引き抜くことが考えられ、成膜レートの向上、膜中Ｃｌ不純物の低減効果が考えられる。
【００５５】
［ステップ２］
ウエハ２００上にシリコン含有層が形成された後、第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉じ、ＨＣＤガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留したＨＣＤガスを処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｄは開いたままとして、不活性ガスとしてのＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。このときバルブ２４３ｅを開くようにしてもよい。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＨＣＤガスを処理室２０１内から排除する効果を更に高めることができる（残留ガス除去）。
【００５６】
このときのヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度がＨＣＤガスの供給時と同じく３５０〜９５０℃、好ましくは７００〜９５０℃、より好ましくは７５０〜９５０℃、さらに好ましくは８００〜９５０℃の範囲内の温度となるように設定する。パージガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、２００〜１０００ｓｃｃｍ（０．２〜１ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。なお、パージガスとしてのＮ２ガスの体積流量は、堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの体積流量ほど大きくする必要はなく、それより小流量で十分なパージ効果が得られる。逆にいうと、堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの体積流量は、パージガスとしてのＮ２ガスの体積流量よりも大きくする必要がある。すなわちシリコン含有層の堆積・吸着抑制効果を得るには、堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの体積流量を、パージ効果が十分に得られるだけのＮ２ガスの体積流量よりも大流量とする必要がある。よって、パージにより処理室２０１内の残留ガスを除去する際は、マスフローコントローラ２４１ｄを制御して、第１不活性ガス供給管２３２ｄから供給するＮ２ガスの供給流量を１〜２０ｓｌｍから０．２〜１ｓｌｍへと変更し、Ｎ２ガスの体積流量を減少させることとなる。なお、パージガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。
【００５７】
［ステップ３］
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、第２ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを開き、第２ガス供給管２３２ｂにＮＨ３ガスを流す。ＮＨ３ガスは第２ガス供給管２３２ｂから流れ、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整される。流量調整されたＮ
Ｈ３ガスは第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂから加熱された減圧状態のバッファ室２３７内に供給される。このとき、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に高周波電力を印加しない。これにより、バッファ室２３７内に供給されたＮＨ３ガスは、熱で活性化されて、バッファ室２３７のガス供給孔２４８ｃから、加熱された減圧状態の処理室２０１内に供給され排気管２３１から排気される（ＮＨ３ガス供給）。
【００５８】
このとき、第２不活性ガス供給管２３２ｅのバルブ２４３ｅを開き、第２不活性ガス供給管２３２ｅから不活性ガスとしてＮ２ガスを供給するようにしてもよい。Ｎ２ガスはマスフローコントローラ２４１ｅにより流量調整されて、第２ガス供給管２３２ｂ内に供給される。この場合、第２ノズル２３３ｂからは、ＮＨ３ガスとＮ２ガスの混合ガスが供給されることとなる。なお、不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。
【００５９】
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、大気圧未満、例えば１〜３０００Ｐａの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ２４１ｂで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍ（０．１〜１０ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。ＮＨ３ガスをウエハ２００に晒す時間は、例えば１〜１２０秒間の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば３５０〜１２００℃の範囲内の温度となるように設定する。なお、この範囲内の温度であれば減圧雰囲気下でのＮＨ３ガスによる窒化の効果、すなわち、シリコン含有層の窒化反応が得られることを確認した。また、ウエハ２００の温度が低すぎると窒化の効果が得られないことも確認した。ただしスループットを考慮すると、ウエハ２００の温度が、シリコン含有層の窒化反応が生じる程度の温度であってステップ１のＨＣＤガスの供給時と同様な温度帯となるように、すなわちステップ１とステップ３とで処理室２０１内の温度を同様な温度帯に保持するようにヒータ２０７の温度を設定するのが好ましい。この場合、ステップ１とステップ３とでウエハ２００の温度、すなわち処理室２０１内の温度が３５０〜９５０℃、好ましくは７００〜９５０℃、より好ましくは７５０〜９５０℃、さらに好ましくは８００〜９５０℃の範囲内の一定の温度となるようにヒータ２０７の温度を設定する。さらには、ステップ１〜ステップ４（後述）にかけて処理室２０１内の温度を同様な温度帯に保持するようにヒータ２０７の温度を設定するのがより好ましい。この場合、ステップ１〜ステップ４（後述）にかけて処理室２０１内の温度が３５０〜９５０℃、好ましくは７００〜９５０℃、より好ましくは７５０〜９５０℃、さらに好ましくは８００〜９５０℃の範囲内の一定の温度となるようにヒータ２０７の温度を設定する。なお、処理室２０１内の温度を５５０℃以上とすることで、減圧雰囲気下でのＮＨ３ガスによる窒化力向上効果を得ることができる。この窒化力向上効果をより高めようとする場合、処理室２０１内の温度を６００℃以上とするのが好ましく、さらには７００℃以上とするのがより好ましい。なお、ＮＨ３ガスはプラズマで活性化させて供給するよりも、熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、後述する窒化をソフトに行うことができる。
【００６０】
上述の条件にてＮＨ３ガスを処理室２０１内に供給することで、ＮＨ３ガスは加熱された減圧雰囲気下においてノンプラズマで熱的に活性化されるか、もしくは熱分解して窒素を含む窒化種が生成される。このとき、処理室２０１内にはＨＣＤガスは流していないので、ＮＨ３ガスは気相反応を起こすことはなく、ＮＨ３ガスが熱的に活性化されるかもしくは熱分解することで得られた窒化種は、ステップ１でウエハ２００上に形成されたシリコン含有層の少なくとも一部と反応する。これにより、シリコン含有層に対して窒化処理が行われ、この窒化処理により、シリコン含有層はシリコン窒化層（Ｓｉ３Ｎ４層、以下、単にＳｉＮ層ともいう。）へと変化させられる（改質される）。
【００６１】
なお、このとき、ＮＨ３ガスをプラズマで活性化させて流すこともできる。ＮＨ３ガス
をプラズマで活性化させて流すことで、よりエネルギーの高い窒化種を生成することができ、この窒化種により窒化処理を行うことで、デバイス特性が向上する等の効果も考えられる。ＮＨ３ガスをプラズマで活性化させる場合、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加することで、バッファ室２３７内に供給されたＮＨ３ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔２４８ｃから処理室２０１内に供給され排気管２３１から排気される。このとき、高周波電源２７３から第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に印加する高周波電力は、例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力となるように設定する。その他の処理条件は、上述の処理条件と同様とする。なお、上述の温度帯では、ＮＨ３ガスは熱で十分に活性化され、十分な量の窒化種が生成される。よって、ＮＨ３ガスをノンプラズマで熱的に活性化させても十分な窒化力が得られる。なお、ＮＨ３ガスは熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、上述の窒化処理をソフトに行うことができる。
【００６２】
窒素含有ガスとしては、ＮＨ３ガスの他、ジアジン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガスやアミン系のガス等を用いてもよい。
【００６３】
［ステップ４］
シリコン含有層をシリコン窒化層へと変化させた後、第２ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留したＮＨ３ガスを処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｄ，２４３ｅを開き、不活性ガスとしてのＮ２ガスを処理室２０１内へ供給する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン窒化層形成に寄与した後のＮＨ３ガスを処理室２０１内から排除する効果を更に高めることができる（残留ガス除去）。
【００６４】
このときのヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度がＮＨ３ガスの供給時と同じく３５０〜９５０℃、好ましくは７００〜９５０℃、より好ましくは７５０〜９５０℃、さらに好ましくは８００〜９５０℃の範囲内の温度となるように設定する。パージガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、２００〜１０００ｓｃｃｍ（０．２〜１ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。なお、上述のようにパージガスとしてのＮ２ガスの体積流量は、堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの体積流量ほど大きくする必要はなく、それより小流量で十分なパージ効果が得られる。パージガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。
【００６５】
上述したステップ１〜４を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜、以下、単にＳｉＮ膜ともいう。）を成膜することが出来る。
【００６６】
所定膜厚のシリコン窒化膜が成膜されると、バルブ２４３ｄ，２４３ｅを開き、第１不活性ガス供給管２３２ｄ、第２不活性ガス供給管２３２ｅのそれぞれから不活性ガスとしてのＮ２ガスを処理室２０１内へ供給し排気管２３１から排気する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するガスが処理室２０１内から除去される（パージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
【００６７】
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００がボート２１７に保持された状
態で反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済みのウエハ２００はボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
【００６８】
本実施形態のステップ１では、第１ノズル２３３ａからＨＣＤガスと一緒に堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスを上述のような大流量で処理室２０１内に供給することより、ＨＣＤガスの流速、特に第１ノズル２３３ａのガス供給孔２４８ａからウエハ２００に向けて噴出されウエハ２００表面と平行方向に流れる（ウエハ２００表面を横切る）ＨＣＤガスの流速を速くする。これにより、ウエハ２００上へのシリコンの堆積効率またはＨＣＤガスの吸着効率を下げることができ、シリコンの堆積またはＨＣＤガスの吸着を抑制させつつウエハ２００上にシリコン含有層を形成することができるようになる。この堆積・吸着阻害ガスの作用により、シリコン含有層の堆積または吸着中心をウエハ２００のエッジ側からセンタよりに移動させることが可能となり、例えば７００℃以上の高温領域において吸着反応が崩れる領域、すなわちシリコン含有層の堆積または吸着が過剰となる領域においても、均一にシリコン含有層を形成することが可能となる。
【００６９】
また、本実施形態のステップ３では、加熱された減圧雰囲気下においてＮＨ３ガスを活性化もしくは熱分解させて得た窒化種を用いて、シリコン含有層をシリコン窒化層へと変化させることにより、窒化種の持つエネルギーが、Ｓｉ−Ｈ結合だけでなく、Ｓｉ−Ｈ結合よりも高い結合エネルギーを持つＮ−Ｈ結合をも乖離させることでＨ（水素）が除去され、Ｈ２等として排出される。水素との結合が切り離されたＳｉやＮは、それぞれＮ、Ｓｉと結びつき、新たなＳｉ−Ｎ結合を形成する。本実施形態の成膜シーケンスにより形成したＳｉＮ膜は、膜中水素濃度がＣＶＤ−ＳｉＮ膜よりも１桁少なく、極めて良質な膜となることを確認した。
【００７０】
また、本実施形態の成膜シーケンスによりシリコン窒化膜を形成すれば、ウエハ面内における膜厚均一性は、一般的なＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を形成する場合よりも良好なものとなることを確認した。なお、一般的なＣＶＤ法とは、無機原料であるＤＣＳとＮＨ３とを同時に供給してＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を形成する方法のことを指している。また、本実施形態の成膜シーケンスにより形成したシリコン窒化膜の膜中の水素等の不純物の濃度は、一般的なＣＶＤ法により形成したシリコン窒化膜よりも極めて低くなることを確認した。また、本実施形態の成膜シーケンスにより形成したシリコン窒化膜の膜中の水素濃度は、有機系シリコン原料を用いてＣＶＤ法により形成したシリコン窒化膜よりも極めて低くなることを確認した。また、本実施形態の成膜シーケンスによれば、有機系シリコン原料を用いた場合であっても、ウエハ面内における膜厚均一性、膜中の水素濃度が良好なものとなることを確認した。
【００７１】
上述のように本実施形態の成膜シーケンスによれば、水素濃度が極めて低いシリコン窒化膜（以下、水素フリーＳｉＮ膜ともいう。）を形成することができ、この水素フリーＳｉＮ膜をＳＡＣ（Ｓｅｌｆ  Ａｌｉｇｎ  Ｃｏｎｔａｃｔ）として使用すれば、ＮＢＴＩ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｂｉａｓ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）特性を向上させることができる。
【００７２】
また、この水素フリーＳｉＮ膜をゲート絶縁膜として使用すれば、絶縁破壊耐性を高めることが可能となる。Ｓｉ−Ｈ結合はＳｉ−Ｎ結合と比べて結合力の弱いボンドであり、正孔−電子の再結合によって脱離する確率が高い。水素が取れたＳｉ−未結合手（ダングリングボンド）は電荷トラップとなり、電流電導に寄与し、絶縁破壊耐性を弱くする。このため、膜中水素（特にＳｉ−Ｈ結合）がない（極めて少ない）水素フリーＳｉＮ膜をゲート絶縁膜として用いることで高い絶縁破壊耐性が得られることとなる。
【００７３】
また、本実施形態の成膜シーケンスによれば、応力が極めて低いシリコン窒化膜（以下、応力フリーＳｉＮ膜ともいう。）を形成することができ、この応力フリーＳｉＮ膜をＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程に用いれば、次のようなメリットがある。すなわち、ＳＴＩの形成にはＳｉＮ膜をマスクにＳｉエッチングが行なわれるが、ＳｉＮ膜の応力は高く、ウエハ上に直接成膜するとウエハ（チャネル部）に欠陥が入る等ダメージを与えるため、通常は、ウエハ上に１０ｎｍ程度の犠牲酸化膜を形成した上にＳｉＮ膜を形成している。これに対して応力フリーＳｉＮ膜をＳＴＩ工程に用いれば、ウエハ上に応力フリーＳｉＮ膜を直接成膜してもウエハ（チャネル部）へのダメージが生じないことから、犠牲酸化膜を形成する必要がなく、犠牲酸化膜を成膜する工程と犠牲酸化膜を除去する工程の２つの工程を削減できる。また、通常、マスク加工後のＳｉＮ膜はウエハ裏面のみ応力が大きくかかる状態になり、ウエハ全体としてゆがんでしまうが、応力フリーＳｉＮ膜をマスクとして用いれば、マスク加工後におけるウエハのゆがみがなくなり、研磨のあたりが均一になり、より効率よく研磨が可能となる。
【００７４】
また上述の実施形態では、堆積・吸着阻害ガスの作用により、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速を上げることでウエハ２００上へのシリコンの堆積またはＨＣＤガスの吸着を抑制し、膜厚均一性を向上させる例について説明したが、ＨＣＤガスの流速を上げる方法はこれに限らない。
【００７５】
例えば、反応管２０３内部の流動抵抗をウエハ２００間の流動抵抗と同程度とすることにより、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速を高めることができる。例えば、反応管２０３上部や下部の空間を、ダミーウエハや断熱板などで充填することにより、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速を高め、ウエハ２００上へのシリコンの堆積またはＨＣＤガスの吸着を抑制し、膜厚均一性を向上させることができる。
【００７６】
また例えば、ＨＣＤガスを供給するノズル２３３ａとウエハ２００との間のコンダクタンスを、ウエハ２００間のコンダクタンスと同程度とすることにより、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速を高めることができる。例えば、ノズル２３３ａの径を大きくしたり、また、反応管２０３の径を小さくすることにより、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速を高め、ウエハ２００上へのシリコンの堆積またはＨＣＤガスの吸着を抑制し、膜厚均一性を向上させることができる。
【００７７】
また例えば、ＨＣＤガスの供給と排気を繰り返すことにより、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速を高めることができる。例えば、反応管２０３内のウエハ配列領域とノズル２３３ａ内（バッファ室２３７内）との圧力差を大きくすることにより、ウエハ２００表面と平行方向に流れるＨＣＤガスの流速を高め、ウエハ２００上へのシリコンの堆積またはＨＣＤガスの吸着を抑制し、膜厚均一性を向上させることができる。
【００７８】
また上述の実施形態では、ステップ１、ステップ２、ステップ３、ステップ４をこの順に行い、これを１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン窒化膜を成膜する例について説明したが、ステップ１とステップ３とを入れ替えてもよい。すなわち、ステップ３、ステップ２、ステップ１、ステップ４をこの順に行い、これを１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン窒化膜を成膜することもできる。
【００７９】
また、上述の実施形態では、基板上に窒化膜として半導体元素であるシリコン（Ｓｉ）を含むシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する例について説明したが、本発明は基板上に窒化膜としてチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素を
含む金属窒化膜を形成する場合にも適用することができる。この場合、原料ガスおよび堆積・吸着阻害ガス供給による基板上への金属元素含有層の形成（ステップ１）と、パージによる残留ガスの除去（ステップ２）と、窒素含有ガス供給による金属元素含有層の金属窒化層への変換（ステップ３）と、パージによる残留ガスの除去（ステップ４）と、を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回、好ましくは複数回実施することにより、基板上に所定膜厚の金属窒化膜を形成する。
【００８０】
例えば、基板上にチタン（Ｔｉ）を含む金属窒化膜としてチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）を形成する場合、原料ガスおよび堆積・吸着阻害ガス供給による基板上へのチタン含有層の形成（ステップ１）と、パージによる残留ガスの除去（ステップ２）と、窒素含有ガス供給によるチタン含有層のチタン窒化層への変換（ステップ３）と、パージによる残留ガスの除去（ステップ４）と、を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回、好ましくは複数回実施することにより基板上に所定膜厚のチタン窒化膜を形成する。原料ガスとしては、例えばＴｉＣｌ４（四塩化チタン）ガスやＴＤＭＡＴ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｔｉｔａｎｉｕｍ：Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）ガスを用いることができる。窒素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様、ＮＨ３ガスを用いることができる。この場合、上述の実施形態における基板処理装置の第１ガス供給系（原料ガス供給系）をチタン含有ガス供給系として構成する。また処理条件は、例えば上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とする。なお、ＴｉＮ膜は導電性の金属窒化膜である。
【００８１】
また例えば、基板上にタンタル（Ｔａ）を含む金属窒化膜としてタンタル窒化膜（ＴａＮ膜）を形成する場合、原料ガスおよび堆積・吸着阻害ガス供給による基板上へのタンタル含有層の形成（ステップ１）と、パージによる残留ガスの除去（ステップ２）と、窒素含有ガス供給によるタンタル含有層のタンタル窒化層への変換（ステップ３）と、パージによる残留ガスの除去（ステップ４）と、を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回、好ましくは複数回実施することにより基板上に所定膜厚のタンタル窒化膜を形成する。原料ガスとしては、例えばＰＥＴ（Ｐｅｎｔａ  ｅｔｈｏｘｙ  ｔａｎｔａｌｕｍ：Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５）ガスや、ＴａＣｌ５（五塩化タンタル）ガスを用いることができる。窒素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様、ＮＨ３ガスを用いることができる。この場合、上述の実施形態における基板処理装置の第１ガス供給系（原料ガス供給系）をタンタル含有ガス供給系として構成する。また処理条件は、例えば上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とする。なお、ＴａＮ膜は導電性の金属窒化膜である。
【００８２】
また例えば、基板上にアルミニウム（Ａｌ）を含む金属窒化膜としてアルミニウム窒化膜（ＡｌＮ膜）を形成する場合、原料ガスおよび堆積・吸着阻害ガス供給による基板上へのアルミニウム含有層の形成（ステップ１）と、パージによる残留ガスの除去（ステップ２）と、窒素含有ガス供給によるアルミニウム含有層のアルミニウム窒化層への変換（ステップ３）と、パージによる残留ガスの除去（ステップ４）と、を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回、好ましくは複数回実施することにより基板上に所定膜厚のアルミニウム窒化膜を形成する。原料ガスとしては、例えばＴＭＡ（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ−ａｌｕｍｉｎｉｕｍ：Ａｌ（ＣＨ３）３）ガスを用いることができる。窒素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様、ＮＨ３ガスを用いることができる。この場合、上述の実施形態における基板処理装置の第１ガス供給系（原料ガス供給系）をアルミニウム含有ガス供給系として構成する。また処理条件は、例えば上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とする。なお、ＡｌＮ膜は絶縁性の金属窒化膜である。
【００８３】
このように、本実施形態の成膜シーケンスは、ＴｉＮ膜やＴａＮ膜等の導電性金属窒化膜を形成する工程や、ＡｌＮ膜等の絶縁性金属窒化膜を形成する工程にも適用できる。すなわち、本実施形態の成膜シーケンスは、所定元素が半導体元素である場合だけでなく金属元素である場合にも適用できる。このように、本発明を金属窒化膜の形成に適用した場
合においても、本発明をシリコン窒化膜の形成に適用した場合と同様な効果が得られる。
【実施例】
【００８４】
（第１実施例）
次に第１実施例について説明する。
本実施形態の成膜シーケンスによりウエハ上にＳｉＮ膜を形成し、膜厚およびウエハ面内膜厚均一性を測定した。成膜温度（ウエハ温度）は、膜厚均一性の悪化が顕著となることが判明している８００〜９５０℃の範囲内の温度とした。堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの供給流量は２〜８ｓｌｍの間で３通りに変化させた。３通りのＮ２ガスの供給流量は、ある流量値を基準、すなわち１として比率で表すと、（Ａ）２．５、（Ｂ）５．０、（Ｃ）７．５となり、以下、それぞれを流量条件（Ａ）、流量条件（Ｂ）、流量条件（Ｃ）と称することとする。それ以外の成膜条件（各ステップでの処理条件）は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とした。その結果を図６、７に示す。
【００８５】
図６は、堆積・吸着阻害ガス（Ｎ２）の供給流量の違いによるＳｉＮ膜の膜厚のウエハ中心からの距離への依存性を示す図である。図６の横軸はウエハ面内におけるウエハ中心からの距離（任意単位（ａ．ｕ．））、すなわちウエハ中心からウエハエッジ方向（半径方向）に向かう位置を示している。横軸の０がウエハ中心位置を示しており、１００がウエハエッジ位置を示している。図６の縦軸はＳｉＮ膜の膜厚（ａ．ｕ．）を示している。なお、膜厚は、ウエハ中心における膜厚値を基準、すなわち１とした比率で示している。図６の白丸（○）、白三角（△）、黒丸（●）は、それぞれ堆積・吸着阻害ガス（Ｎ２）の流量を、流量条件（Ａ）、流量条件（Ｂ）、流量条件（Ｃ）とした場合の膜厚を示している。
【００８６】
図６より、堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの供給流量が大きくなるほど、ウエハ外周における膜厚が減少し、ウエハ中心方向に膜厚の厚い部分が移動することが分かる。また、ＳｉＮ膜の最も厚い部分と最も薄い部分との膜厚差を小さくできることが分かる。すなわち、Ｎ２ガスの供給流量を大流量にするほど、シリコンの堆積中心またはＨＣＤガスの吸着中心をウエハのエッジ側からセンタよりに移動させることができ、均一にシリコン含有層を形成することが可能となり、その結果、均一にＳｉＮ膜を形成できるようになることが分かる。
【００８７】
図７は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の堆積・吸着阻害ガス（Ｎ２）の供給流量への依存性を示す図である。図７の横軸は堆積・吸着阻害ガス（Ｎ２）の供給流量（ａ．ｕ．））を示している。なお、Ｎ２ガスの供給流量は、上述のように、ある流量値を基準、すなわち１とした比率で示している。図７の縦軸はウエハ面内膜厚均一性（ａ．ｕ．）を示している。なお、ウエハ面内膜厚均一性は、堆積・吸着阻害ガス（Ｎ２）の供給流量を流量条件（Ａ）としたときのウエハ面内膜厚均一性を基準、すなわち１とした比率で示している。図７の黒丸（●）は、左から順に、それぞれ堆積・吸着阻害ガス（Ｎ２）の供給流量を流量条件（Ａ）、流量条件（Ｂ）、流量条件（Ｃ）としたときのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を示している。なお、ウエハ面内膜厚均一性は、ウエハ面内における膜厚分布のばらつきの度合を示しており、その値が小さいほどウエハ面内における膜厚均一性が良好なことを示している。
【００８８】
図７より、堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの供給流量が大きくなるほど、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性が向上することが分かる。なお、堆積・吸着阻害ガス（Ｎ２）の供給流量が、流量条件（Ａ）、流量条件（Ｂ）、流量条件（Ｃ）のいずれの場合においても、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性は１０％程度以下となり、流量条件（Ｃ）に至ってはＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性は５％程度以下となり、膜厚均一性の悪化が顕著となることが判明した８００〜９５０℃の高温領域においても、ウエハ面内膜厚均一性が極
めて良好なＳｉＮ膜を形成できることが判明した。
【００８９】
（第２実施例）
次に第２実施例について説明する。
本実施形態の成膜シーケンスによりウエハ上にＳｉＮ膜を形成し、形成されたＳｉＮ膜の水素濃度と膜密度を測定した。成膜温度（ウエハ温度）は、６００℃〜９００℃の間で３通りに変化させた。堆積・吸着阻害ガスとしてのＮ２ガスの供給流量は２〜８ｓｌｍの範囲内のある流量とした。それ以外の成膜条件（各ステップでの処理条件）は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とした。また、ＳｉＮ膜の水素濃度は、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、昇温脱離法）により測定し、膜密度は、ＸＲＲ（Ｘ−ｒａｙ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、Ｘ線反射率測定法）により測定した。その結果を図８、図９に示す。
【００９０】
図８は、本実施例におけるＳｉＮ膜の成膜温度とＳｉＮ膜中の水素濃度（ＴＤＳによる脱離水素量）との関係を示す図である。図８の横軸は成膜温度（ウエハ温度）（℃）を示しており、縦軸はＳｉＮ膜中の水素濃度（水素積算数）（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を示している。図８の黒丸（●）は、それぞれ成膜温度を６００℃、８００℃、９００℃としたときのＳｉＮ膜中の水素濃度を示している。なお、図８の白丸（○）は、７００℃〜８００℃の温度帯でＳｉＨ２Ｃｌ２ガスとＮＨ３ガスとを用いて通常のＣＶＤ法により成膜したＳｉＮ膜（ＣＶＤ−ＳｉＮ膜）の水素濃度を比較例として示している。
【００９１】
図８より、本実施例におけるＳｉＮ膜中の水素濃度は、成膜温度が高くなるほど低減し、少なくとも７００℃〜８００℃以上の温度帯においては、比較例におけるＣＶＤ−ＳｉＮ膜中の水素濃度よりも低くなることが分かる。また、比較例におけるＣＶＤ−ＳｉＮ膜中の水素濃度は１０の２１乗オーダー（１．０×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であるのに対し、本実施例におけるＳｉＮ膜中の水素濃度は１０の２０乗オーダー（９００℃において１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であり、比較例におけるＣＶＤ−ＳｉＮ膜中の水素濃度よりも一桁低くできることが分かる。
【００９２】
図９は、本実施例におけるＳｉＮ膜の成膜温度とＳｉＮ膜の膜密度との関係を示す図である。図９の横軸は成膜温度（ウエハ温度）（℃）を示しており、縦軸はＳｉＮ膜の膜密度（Ｄｅｎｓｉｔｙ）（ａ．ｕ．）を示している。図９の黒丸（●）は、それぞれ成膜温度を６００℃、８００℃、９００℃としたときのＳｉＮ膜の膜密度を示している。なお、図９の白丸（○）は、７００℃〜８００℃の温度帯でＳｉＨ２Ｃｌ２ガスとＮＨ３ガスとを用いて通常のＣＶＤ法により成膜したＳｉＮ膜（ＣＶＤ−ＳｉＮ膜）の膜密度を比較例として示している。
【００９３】
図９より、本実施例におけるＳｉＮ膜の膜密度は、成膜温度が高くなるほど高くなり、少なくとも７００℃〜８００℃以上の温度帯においては、比較例におけるＣＶＤ−ＳｉＮ膜の膜密度よりも高くなることが分かる。
【００９４】
（第３実施例）
次に第３実施例について説明する。
堆積・吸着阻害ガスを使用した場合の本実施形態の成膜シーケンス、および、堆積・吸着阻害ガスを使用しない場合の本実施形態の成膜シーケンスによりウエハ上にＳｉＮ膜をそれぞれ形成し、それぞれのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を測定した。堆積・吸着阻害ガスを使用した場合の本実施形態の成膜シーケンスにおける成膜温度は８００〜９００℃の間で変化させた。堆積・吸着阻害ガスを使用しない場合の本実施形態の成膜シーケンスにおける成膜温度は６００〜９００℃の間で変化させた。それ以外の成膜条件（各ステップでの処理条件）は、上述の実施形態に記載の条件範囲内の条件とした。
【００９５】
その結果を図１１に示す。図１１は、ウエハ面内膜厚均一性と成膜温度（ウエハ温度）との関係を表す図である。図１１の横軸は成膜温度（℃）を示しており、縦軸はウエハ面内膜厚均一性（任意単位（ａ．ｕ．））を示している。なお、ウエハ面内膜厚均一性は、堆積・吸着阻害ガスを使用しない場合の本実施形態の成膜シーケンスにより成膜温度を９００℃として成膜したＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を基準、すなわち１とした比率で示している。図１１の黒丸（●）は、堆積・吸着阻害ガスを使用しない場合の本実施形態の成膜シーケンスにより成膜したＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を表している。また、白丸（〇）は、堆積・吸着阻害ガスを使用した場合の本実施形態の成膜シーケンスにより成膜したＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を表している。なお、ウエハ面内膜厚均一性は、ウエハ面内における膜厚分布のばらつきの度合を示しており、その値が小さいほどウエハ面内における膜厚均一性が良好なことを示している。
【００９６】
図１１より、堆積・吸着阻害ガスを使用した場合の本実施形態の成膜シーケンスにより形成されたＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性は、堆積・吸着阻害ガスを使用しない場合の本実施形態の成膜シーケンスにより形成されたＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性よりも良好となることが分かる。特に、成膜温度を８００〜９００℃とした場合においては、本実施形態の成膜シーケンスにより形成されたＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性は、堆積・吸着阻害ガスを使用しない場合の本実施形態の成膜シーケンスにより形成されたＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の１／２以下となることが分かる。すなわち、本実施形態の成膜シーケンスにより、堆積・吸着阻害ガスを使用してＳｉＮ膜を形成することで、高温領域においてウエハ面内膜厚均一性を大幅に改善することが可能となることが分かる。
【００９７】
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００９８】
本発明の一態様によれば、
基板を収容した処理容器内にＣＶＤ反応が生じる条件下で所定元素を含む原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする半導体装置の製造方法が提供される。
【００９９】
好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記ノズルを介して前記原料ガスと一緒に供給する不活性ガスまたは水素含有ガスの流量を、前記処理容器内をパージする工程において前記ノズルを介して供給する不活性ガスの流量よりも大きくする。
【０１００】
また好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記ノズルを介して前記原料ガスと一緒に供給する不活性ガスまたは水素含有ガスの流量を、前記原料ガスの流量よりも大きくする。
【０１０１】
また好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記ノズルを介して前記原料ガスと一緒に供給する不活性ガスまたは水素含有ガスの流量を、前記原料ガスの流量の
１０〜３０倍とする。
【０１０２】
また好ましくは、前記流量が体積流量である。
【０１０３】
また好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記ノズルを介して前記原料ガスと一緒に供給する不活性ガスまたは水素含有ガスの作用により、前記所定元素含有層の堆積または吸着を阻害させつつ前記所定元素含有層を形成する。
【０１０４】
また好ましくは、前記ノズルを介して前記原料ガスと一緒に前記基板に向けて供給する不活性ガスまたは水素含有ガスは、前記ノズルに接続され前記ノズル内に前記原料ガスを供給する原料ガス供給管に接続された供給管から、前記原料ガス供給管内に供給する。
【０１０５】
また好ましくは、前記窒化膜を形成する工程では、前記基板の温度を３５０℃以上９５０℃以下とする。
【０１０６】
また好ましくは、前記窒化膜を形成する工程では、前記基板の温度を７００℃以上９５０℃以下とする。
【０１０７】
また好ましくは、前記窒化膜を形成する工程では、前記基板の温度を７５０℃以上９５０℃以下とする。
【０１０８】
また好ましくは、前記窒化膜を形成する工程では、前記基板の温度を８００℃以上９５０℃以下とする。
【０１０９】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にＣＶＤ反応が生じる条件下で所定元素を含む原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記処理容器内をパージする工程において不活性ガスを前記基板の表面と平行方向に吹き付けるよりも強く、前記原料ガスを前記基板の表面と平行方向に吹き付ける半導体装置の製造方法が提供される。
【０１１０】
本発明の他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にＣＶＤ反応が生じる条件下でシリコンを含む原料ガスを供給し排気することで、前記基板上にシリコン含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記シリコン含有層をシリコン窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する工程を有し、
前記シリコン含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面
と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする半導体装置の製造方法が提供される。
【０１１１】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にＣＶＤ反応が生じる条件下でシリコンを含む原料ガスを供給し排気することで、前記基板上にシリコン含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記シリコン含有層をシリコン窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する工程を有し、
前記シリコン含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記処理容器内をパージする工程において不活性ガスを前記基板の表面と平行方向に吹き付けるよりも強く、前記原料ガスを前記基板の表面と平行方向に吹き付ける半導体装置の製造方法が提供される。
【０１１２】
本発明の他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にＣＶＤ反応が生じる条件下で所定元素を含む原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする基板処理方法が提供される。
【０１１３】
本発明の他の態様によれば、
基板を収容した処理容器内にＣＶＤ反応が生じる条件下で所定元素を含む原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記処理容器内をパージする工程において不活性ガスを前記基板の表面と平行方向に吹き付けるよりも強く、前記原料ガスを前記基板の表面と平行方向に吹き付ける基板処理方法が提供される。
【０１１４】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に不活性ガスまたは水素含有ガスを供給する不活性ガスまたは水素含有ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
基板を収容した前記処理容器内にＣＶＤ反応が生じる条件下で前記原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる処理とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする処理を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する処理を行い、
前記所定元素含有層を形成する処理では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする処理において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくするように、
前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記不活性ガスまたは水素含有ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０１１５】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に不活性ガスまたは水素含有ガスを供給する不活性ガスまたは水素含有ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
基板を収容した前記処理容器内にＣＶＤ反応が生じる条件下で前記原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる処理とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする処理を挟んで交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する処理を行い、
前記所定元素含有層を形成する処理では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記処理容器内をパージする処理において不活性ガスを前記基板の表面と平行方向に吹き付けるよりも強く、前記原料ガスを前記基板の表面と平行方向に吹き付けるように、
前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記不活性ガスまたは水素含有ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０１１６】
また好ましくは、前記ノズルには、前記ノズル内に前記原料ガスを供給する原料ガス供給管が接続されており、前記原料ガス供給管には、前記ノズルを介して前記原料ガスと一
緒に前記基板に向けて供給する不活性ガスまたは水素含有ガスを前記原料ガス供給管内に供給する供給管が接続されている。
【符号の説明】
【０１１７】
１２１    コントローラ
２００    ウエハ
２０１    処理室
２０２    処理炉
２０３    反応管
２０７    ヒータ
２３１    排気管
２３２ａ  第１ガス供給管
２３２ｂ  第２ガス供給管
２３２ｄ  第１不活性ガス供給管
２３２ｅ  第２不活性ガス供給管
２４１ａ  マスフローコントローラ
２４１ｂ  マスフローコントローラ
２４１ｄ  マスフローコントローラ
２４１ｅ  マスフローコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
0005687547.tif 000009
【図１１】
0005687547.tif 000010
【図８】
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【図９】
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